Ce_Tb_Sm共掺杂CaO-B2O3-SiO2发光玻璃的白光发射及其发光颜色调控
Ce/Tb/Sm 共掺杂CaO-B 2O 3-SiO 2发光玻璃的白光发射及其
发光颜色调控
乔荫颇
朱振峰*
张燕斌
刘佃光
王冰清
张志春
(陕西科技大学材料科学与工程学院,西安710021)
摘要:
用高温熔融法制备了Ce/Tb/Sm 三元共掺杂的CaO-B 2O 3-SiO 2发光玻璃材料,并使用荧光分光光度计
和CIE 色度坐标对其光谱学和发光特性进行了研究.结果表明:在374nm 激发下,在Ce/Tb/Sm 三元共掺杂发光玻璃的发射光谱中同时观测到了蓝光、绿光和红橙光的发射带,这些发射带的混合实现了白光的全色发射显示.此外,Ce/Tb/Sm 三元共掺杂发光玻璃的发光颜色随着Tb 4O 7含量的减小从绿光逐渐过渡到白光,显示出发光颜色的可调节性,极大地扩展了其在白光发光二极管中的应用.关键词:
高温熔融法;发光玻璃;光致发光;发光调节;白光发光二极管
中图分类号:
O644
Tunable White Emitting in Ternary Ce/Tb/Sm Codoped
CaO-B 2O 3-SiO 2Glasses
QIAO Yin-Po
ZHU Zhen-Feng *ZHANG Yan-Bin LIU Dian-Guang WANG Bing-Qing
ZHANG Zhi-Chun
(School of Materials Science and Engineering,Shaanxi University of Science &Technology,Xi ?an 710021,P .R.China )
Abstract:A series of luminescent glasses composed of CaO-B 2O 3-SiO 2codoped with samarium oxide (Sm 2O 3),cerium oxide (CeO 2),and terbium oxide (Tb 4O 7)were prepared by melting at high temperature.The spectroscopic properties of the samples were investigated by photoluminescence (PL)measurements and CIE color coordinate.Blue,green,and reddish orange emission bands were observed in the PL spectra of Ce/Tb/Sm codoped glasses.The combination of these emission bands gave white light when the glasses were excited by near ultraviolet light.As the proportion of Tb 4O 7was decreased,a gradual shift from green to white emission was observed in the PL spectra of the glasses.These rare earth ions-doped glasses are potential candidates for white light-emitting diodes.Key Words:High temperature melting method;
Luminescent glass;
Photoluminescence;
Luminescence adjustment;
White light emitting diode
[Article]
https://www.360docs.net/doc/b210474778.html,
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin.2012,28(3),706-710
March
Received:August 4,2011;Revised:December 7,2011;Published on Web:December 16,2011.?
Corresponding author.Email:zhuzf@https://www.360docs.net/doc/b210474778.html,;Tel:+86-29-86177108.
The project was supported by the Postdoctoral Science Foundation Project,China (20110491640),Scientific Research Program of Shaanxi Provincial Education Department,China (11JK0839),and Scientific Research Initial Funding of Shaanxi University of Science and Technology,China (BJ10-11).
中国博士后科学基金面上项目(20110491640),陕西省教育厅科研计划项目(11JK0839)和陕西科技大学科研启动基金项目(BJ10-11)资助
?Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica
doi:10.3866/PKU.WHXB201112162
1引言
新的能源替代技术和高效能源转换技术使得全球经济获得了可持续发展的不竭动力源泉.在众
多的可用于这些高新能源技术领域的材料中,功能玻璃材料因其独特的光、电、磁、声、热等特殊功能而备受研究者的关注.1-3
706
乔荫颇等:Ce/Tb/Sm共掺杂CaO-B2O3-SiO2发光玻璃的白光发射及其发光颜色调控No.3
近年来,白光发光二极管(LED)在液晶显示器和新型固体照明方面的应用研究引起了研究者们的广泛关注.由于其具有快速的响应时间、环境友好、低能耗和广阔的光学与电子应用等特点,已经成为一个相当重要的研究课题.4,5特别是作为新型固态光源的白色发光二极管引起了越来越多的关注,因为它很有希望在不久的将来取代白炽灯和荧光灯.现在,一些研究人员已经致力于将发光玻璃应用到白光发光二极管方面的研究,并有可能将其和半导体芯片集成做成一种透镜来取代现在发光二极管中常用的封装塑料透镜.由于玻璃透镜能够作为发光二极管的保护层,整个系统可能不需要额外的封装,会大大提高器件的集成度并降低了成本.例如李盼来等6研究了可能应用于白光LED的Sr2SiO4:Eu3+发光材料的制备和光谱特征;Liang等7研究了应用于白光发射的Tb3+/Sm3+共掺的氟氧化物铝硅酸盐玻璃和玻璃陶瓷的全色发光;Zhu等8研究了应用于发光二极管的掺杂Tb和Tm/Tb/Sm共掺玻璃的发光性能.
研究表明,稀土Ce3+是一种很重要的共掺杂离子,主要是发射强的蓝紫光.同时,Ce作为一种重要的激活剂,可以在很多种基质中实现发光能量的传递.9-11稀土Tb3+离子分别依靠5D3和5D4跃迁,发射出蓝光和绿光.而稀土Sm3+可以吸收380nm左右紫外线并发射出波长范围在600-650nm的红光,从而广泛应用于稀土发光及转光材料.12-17按照三基色的匹配原则,通过稀土Ce、Tb和Sm共掺的发光玻璃能够实现白光发射.但到目前为止,关于稀土Ce/Tb/Sm共掺的发光玻璃的研究还未见报道.
本文以玻璃微结构对外场的响应机制和功能化原理为指导思想,结合采用化学优化调控和物理参数调控等手段,制备了Ce/Tb/Sm三元共掺杂的CaO-B2O3-SiO2发光玻璃体系.通过有效的光学参数设计,得到了具有颜色可调的白色发光玻璃材料,极大地扩展了其在白光发射领域的应用.
2实验
2.1发光玻璃的制备
表1列出了发光玻璃的组成.实验所用主要原料及试剂包括石英砂(SiO2含量99.74%)、CaCO3(分析纯)为天津市天力化学试剂有限公司产品,H3BO3 (分析纯)为西安化学试剂厂产品、CeO2(分析纯)为西安化学试剂厂产品;Sm2O3(高纯试剂,国药集团化学试剂有限公司),Tb4O7(分析纯,西安化学试剂厂)等.
实验中玻璃样品制备采用高温熔融冷却法.玻璃样品制备的具体实验流程如下:原料准备齐全后,按配方准确称取原料,混合研磨均匀,过筛即得到配合料.将刚玉坩埚预热至800°C时加入配合料,继续升温至1300°C保温2h.将熔融的玻璃体倾倒在已经预热的钢制模具中成形,随后将已经固化的玻璃样品迅速送入退火炉,在600°C退火60 min后随炉冷却至室温.
2.2发光玻璃的表征
发光玻璃样品的光致发光行为使用荧光分光光度计(日立Hitachi F-4600,日本)测试得到.测试发光图谱时使用波长扫描模式,固定激发波长,扫描其发射范围;测试激发光谱时固定发射波长,扫描其激发范围.测试前仪器已经过光电流读数到光谱能量的校准.在测试时激发光狭缝和发射光狭缝分别设置为2.5和5.0nm,加速电压为700V.发光玻璃样品在自然光和紫外光照射下的受激发射照片由数码相机拍摄得到.CIE(国际发光照明委员会)色度坐标(x,y)中的数值由软件根据光致发光谱图计算得到.
3结果与讨论
3.1单掺发光玻璃的光致发光行为
表1发光玻璃的组成
Table1Compositions of luminescent glasses
Glass No.
A
B
C
D
E
F
G n(CaO)/%
45
45
45
45
45
45
45
n(B2O3)/%
35
35
35
35
35
35
35
n(SiO2)/%
20
20
20
20
20
20
20
n(CeO2)/%
0.10
0.02
0.02
0.02
0.02
n(Tb4O7)/%
0.10
0.14
0.10
0.07
0.05
n(Sm2O3)/%
0.10
0.10
0.10
0.10
0.10
707
Acta Phys.?Chim.Sin.2012V ol.28
图1显示了发光玻璃样品A 、B 、C 的光致发光谱(图1(a))和相应的激发光谱(图1(b)).从图1(a)中可以看出,玻璃A 在332nm 激发下的发光图谱表现为在400nm 附近的一个较宽的发射峰,这对应于Ce 3+的5d →4f 的蓝光发射带.当用374nm 激发时,玻璃B 的发射对应于从Tb 3+的5D 3能级(蓝光)和5
D 4能级(绿光)到基态的电子跃迁.位于413和435nm 处的发射带峰与5D 3→7F J (J =4,5)的电子跃迁有关,而位于487、542、585、622nm 处的发射线分别是由于Tb 3+的5D 4→7F J (J =3,4,5,6)的电子跃迁引起的.玻璃C 在374nm 激发时的发光图谱在红橙区出现三个主要的荧光发射峰,这些发射主要起源于Sm 3+中4f 电子的f -f 跃迁.进一步的研究表明,其中位于565nm 处的发射峰对应于4G 5/2→6H 5/2跃迁,位于602nm 处的发射峰对应于4G 5/2→6H 7/2跃迁,位于650nm 处的发射峰对应于4G 5/2→6H 9/2跃迁.同时,由
于基质晶格中存在BO 33-基团以及氧化性组分,有利于Sm 3+的稳定,样品中并未表现出钐离子的价态变化.18,19
图1(b)显示了发光玻璃A 、B 、C 相应的激发光谱,其监测发射波长分别在395、546和603nm.玻璃A 的激发峰位于350nm 左右,同样表现为一个宽峰.玻璃B 的激发光谱则主要包含了在350、366、376和481nm 的4个峰,它们分别对应于Tb 3+离子从
基态7F 6到激发态5D 2、5D 3、5
D 4和其他更高的4f 激发能级的电子跃迁.20玻璃C 的激发光谱中包含了在342、360和373nm 的三个激发能带峰.这些能带对
应于Sm 3+的6H 5/2→4K 17/2、6
H 5/2→4D 3/2和6H 5/2→6P 7/2跃迁.21
3.2共掺发光玻璃的光致发光行为
图2为三元共掺杂发光玻璃G 的发射光谱和激发光谱.如图2(a)中所示,位于413和435nm 处的蓝光发射峰与Tb 3+的5D 3→7F J (J =4,5)的电子跃迁有关,并且由于Ce 3+在400nm 附近出现的宽峰的影响,其发射强度较不掺杂Ce 的发光玻璃有所增大.位于487和542nm 的发射带对应于Tb 3+的5D 4发射
.
图1发光玻璃A 、B 、C 分别在332、376、374nm 激发下的归一化发射图谱(a)和在395、546、603nm 监测下的
归一化激发光谱(b)
Fig.1
(a)Normalized emission spectra of glasses A,B,C excited at 332,376,374nm,respectively (a)and their
normalized excitation spectra monitored at 395,546,603nm
(b)
图2发光玻璃G 在374nm 激发下的发射图谱(a)和在425、490、603nm 监测下的激发光谱(b)
Fig.2
Emission spectrum of glass G excited at 374nm (a)and its excitation spectra monitored at 425,490,603nm (b)
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乔荫颇等:Ce/Tb/Sm 共掺杂CaO-B 2O 3-SiO 2发光玻璃的白光发射及其发光颜色调控No.3
此外,在563、601和646nm 处的发射峰分别来自于
Sm 3+的4G 5/2→6H 5/2、4
G 5/2→6H 7/2和4G 5/2→6H 9/2电子跃迁.
图2(b)显示了发光玻璃G 分别在425、490和603nm 发射波长监测下的激发光谱.在425nm 监测到的光谱显示了Ce 3+在432nm 处的峰,其激发光谱表现出与其发射光谱相似的宽带谱线,它来自于结构中5d →4f 电子跃迁形成的宽激发带.在490nm 监测到的光谱包含了在350、366和376nm 处的3个峰,它们分别对应于Tb 3+离子从基态7F 6到激发态5D 2、5D 3、5D 4能级的电子跃迁.在603nm 激发的激发光谱中包含了在342、362、373、404和480nm 处的五个激发能带峰,这些能带对应于Sm 3+的6H 5/2→4K 17/2、6H 5/2→4D 3/2、6H 5/2→6P 7/2、6H 5/2→4K 11/2和6H 5/2→4I 13/2的跃迁.
研究表明,Ce/Tb/Sm 三元共掺杂发光玻璃的发射光谱中同时观测到了蓝光、绿光和红橙光的发射带,当玻璃在近紫外光被激发时,这些发射带则可混合形成白光,这对于该玻璃样品应用在白光全色二极管方面是很重要的.
图3为不同共掺杂比的三元共掺杂发光玻璃D 、E 、F 、G 的发射光谱.对于全部的四个发光玻璃样品,激发波长均为374nm.四个发光玻璃样品的发射峰位置几乎是一致的,同时观测到了蓝光、绿光和红橙光的发射带.图3表明,在Sm 2O 3和CeO 2的含量不变的情况下,Tb 4O 7的含量对玻璃的发光强度有一定的影响.随着Tb 4O 7含量的增大,位于487和542nm 处发射峰的强度增大,而位于413和435nm 处发射峰的强度有所减小.这表明Tb 3+含量的增大增强了Tb 3+的5D 4发射,但同时减小了5D 3发射.根据
交叉衰减机制,这种差别很可能是因为Tb 3+的自敏化效应引起的.
3.3发光玻璃的发光颜色调控
图4为发光玻璃A -G 在374nm 紫外光照射下的发光CIE 颜色坐标图,插图显示了发光玻璃A 、B 、C 、G 在374nm 紫外灯的照射下的发光光学照片.表2为图4中各点对应的CIE 色度坐标值.结合图表分析可知,在374nm 的紫外光激发下,Ce/Tb/Sm 三元共掺杂发光玻璃的发光颜色可以通过其中掺杂元素的共掺杂比进行有效地调控.发光玻璃A 在374nm 紫外光照射下呈现蓝色发光,这主要是其5d →4f 跃迁在350nm 到500nm 范围的宽带发射引起的.发光玻璃B 在同样的紫外光照射下呈现绿色发光,这是由Tb 3+的5D 4→7F J (J =3,4,5,6)的电子跃迁引起的中心波长分别位于622、585、542、487nm 处的发射线共同引起的.发光玻璃C 在374nm 紫外光照射下呈现橙红色发光,这主要是由于其4f →4f 跃迁引起的中心波长位于565、602和650nm 三处的发光色混合而成.同时,从图中可以看到,三元共掺杂发光玻璃D 、E 、F 、G 的发射光谱位于白光区,并且随着Tb 4O 7含量的减小,发光玻璃的发光颜色逐渐由绿色过渡到白色.进一步的研究表明,通过调节Ce 、Sm 和Tb
元素的掺杂量和共掺杂
图3
三元共掺杂发光玻璃D 、E 、F 、G 在374nm 下的
发射光谱
Fig.3Emission spectra of glasses D,E,F,G
excited at 374
nm
图4
发光玻璃A -G 在374nm 紫外光照射下的
发光CIE 颜色坐标图
Fig.4CIE color coordinate graphs of glasses A -G
under 374nm UV radiation
Inset shows the luminescent photographs of glasses A,B,C and G.
表2发光玻璃的CIE 颜色坐标图对应各点的(x ,y )坐标Table 2CIE chromaticity coordinate (x ,y )values of
luminescent color for glass samples
Glass No.
x y
A 0.1540.029
B 0.2850.477
C 0.5610.374
D 0.3260.356
E 0.3280.330
F 0.3320.306
G 0.3380.291
709
Acta Phys.?Chim.Sin.2012V ol.28
比,可以实现三元共掺杂发光玻璃在更宽的白光区域的有效发射和颜色调控.
4结论
用高温熔融法制备了Ce/Tb/Sm三元共掺杂CaO-B2O3-SiO2发光玻璃材料并对其光谱学特性和发光颜色进行了研究.研究表明,在374nm激发时, Ce/Tb/Sm三元共掺杂发光玻璃的发射光谱中同时观测到了蓝光、绿光和红橙光的发射带,这些发射带的发射混合形成了白光.在Sm2O3和CeO2的含量不变的情况下,随着Tb4O7含量的减小,Ce/Tb/Sm三元共掺杂发光玻璃的发光颜色逐渐由绿光进入白光区.进一步的研究表明,通过调节Ce、Tb和Sm元素的掺杂量和共掺杂比,可以实现三元共掺杂发光玻璃在更宽的白光区域的有效发射,从而极大地扩展其在白光发光二极管中的应用.
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710
发光现象与机理分析
发光现象 “发光”是物体内部以某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程，叠加在热辐射之上的一种光发射，是一个技术名词。在外界激发下能发光的物质叫发光物质，通常不包含单纯热辐射导致的发光，如太阳是热辐射，不算是发光物质，固体中的电子受到外界能量的激发（如光吸收），从基态跃迁到激发态，这是一种非平衡态。处于激发态的电子具有一定的寿命，以一定几率回落到基态，并把多余的能量以各种形式释放出来，如果以光能的形式释放，称为发光过程。自然界中的很多物体（包括固体、液体和气体，有机物和无机物），都具有发光的性能。任何物体在
一定温度下均有热辐射（热发光），严格的固体发光概念不包含热发光。发光现象有两个主要特征：1.发光为固体吸收外界能量后，所发出总辐射超出热发射的部分。2.外界激发源对物体的作用停止后，发光会持续一段时间。并非一切光辐射都称为发光，发光是光辐射一部分。 光辐射是平衡辐射与非平衡辐射的总和。光辐射的特征一般可用5个宏观光学参量描述：亮度、光谱、相干性、偏振度和辐射期间。平衡辐射是炽热物体的光辐射，又叫热辐射。温度在0K以上的任何物体都有热辐射，但温度不够高时辐射波长大多在红外区，人眼看不见。物体的温度达到5000 C以上时，辐射的可见部分就够强了，例如烧红了的铁，电灯泡中的灯丝等。非平衡辐射是在某种外界作用激发下，物体偏离
原来的热平衡态所产生的辐射。发光是其一种，除了发光以外，还有反射、散射等。当然发光有别于其它的非平衡辐射。发光有一个比较长的延续时间，这就是在激发，即外界作用停止后发光不是马上消失而是逐渐变弱，这个过程也称为余辉，这个延续时间长的可达几十小时，短的也有10- sec 左右，总之都比反射、散射的持续时间长很多。随着技术的发展，现在能够测量的时间，已经突破一个飞秒（fs = 10 —15 秒）。而测到的发光弛豫时间短到皮秒（ps =10-12 秒）的例子也很多。发光材料能够发出明亮的光，而它的温度却比室温高不了多少。因此发光有时也被称为“冷光”。 固体发光是电磁波、带电粒子、电能、机械能及 化学能等作用到固体上而被转化为光能的现象固体
白光LED发光原理及其参数介绍
白光LED发光原理及其参数介绍 时间：2009-08-09 12:15:31 来源：未知作者：admin 阅读：432 次 白光是一种组合光，白光LED可以分为单芯片、双芯片和三芯片等，以下将按这一分类来介绍，还将介绍照明用白光LED的一些技术指标。 白光LED发光原理 单芯片 InGaN(蓝)/YAG荧光粉 这是一种目前较为成熟的产品，其中1W的和5W的Lumileds已有批量产品。这些产品采用芯片倒装结构，提高发光效率和散热效果。荧光粉涂覆工艺的改进，可将色均匀性提高10倍。实验证明，电流和温度的增加使LED光谱有些蓝移和红移，但对荧光光谱影响并不大。寿命实验结果也较好，Φ5的白光LED在工作1.2万小时后，光输出下降80%，而这种功率LED在工作1.2万小时后，仅下降10%，估计工作5万小时后下降30%。这种称为Luxeon的功率LED最高效率达到44.3lm/w，最高光通量为187lm，产业化产品可达120lm，Ra为75-80。 InGaN(蓝)/红荧光粉+绿荧光粉 Lumileds公司采用460nmLED配以SrGa2S4：Eu2+(绿色)和SrS：Eu2+(红色)荧光粉，色温可达到3000K-6000K的较好结果，Ra达到82-87，较前述产品有所提高。 InGaN(紫外)/(红+绿+蓝)荧光粉 Cree、日亚、丰田等公司均在大力研制紫外LED。Cree公司已生产出50mW、 385nm—405nm的紫外LED；丰田已生产此类白光LED，其Ra大于等于90，但发光效率还不够理想；日亚于最近制得365nm、1mm2、4.6V、500mA的高功率紫外LED，如制成白色LED，会有较好效果。https://www.360docs.net/doc/b210474778.html, ZnSe和OLED白光器件也有进展，但离产业化生产尚远。 双芯片 可由蓝LED+黄LED、蓝LED+黄绿LED以及蓝绿LED+黄LED制成，此种器件成本比较便宜，但由于是两种颜色LED形成的白光，显色性较差，只能在显色性要求不高的场合使用。
LED灯及其发光原理
LED灯及其发光原理 一、LED的结构及发光原理 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好 LED结构图如下图所示 发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p 型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料
的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。 二、LED光源的特点 1. 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 3. 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制 备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 4. 稳定性：10万小时，光衰为初始的50% 5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级 6. 对环境污染：无有害金属汞 7. 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红
稀土长余辉发光材料SrAl2O4Eu2+,Dy3+的制备及性能研究【文献综述】
文献综述 稀土长余辉发光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的制备及性能研究 一、前言 长余辉发光材料属于光致发光材料的一种,发光持续时间较长,最长可达十几个小时,也称蓄光型发光材料、荧光粉等。由于长余辉发光材料的余辉和温度特性,即使用环境温度变化时材料和制品的发光亮度会相应改变[1],因而,长余辉发光材料除被用做蓄光材料外,还可用作制备传感器的敏感材料。近年来,长余辉发光材料的应用研究不断进展,范围也 迅速扩大,已在消防安全、建筑装饰、涂料油墨、陶瓷器件、交通运输和城乡建设等发挥着照明、指示、装饰等作用. 长余辉发光材料的种类与特性 1）金属硫化物体系长余辉发光材料。即传统的、第一代。典型代表是ZnS∶Cu, Co材料，其发光颜色多样,弱光下吸收速度较快,但余辉时间短,化学性质不稳定,易潮解。虽然加入放射性元素后可克服以上缺点,可是放射性元素对环境和人体会造成危害,从而极大地限制了它的应用。2)铝酸盐体系长余辉发光材料。目前,铝酸盐体系中发光性能比较优异的长余辉发光材料主要是MAl2O4∶Eu3 + , R3 + (Dy3 + , Nd3 +等) ，其发射峰主要是集中在蓝绿光波段,亮度高,余辉时间长,且化学稳定性好[2]。铝酸盐体系长余辉发光材料的突出优点是余辉性能超群、化学稳定性好和光稳定性好;缺点是遇水不稳定、发光颜色不丰富。3)硅酸盐体系长余辉发光材料. 化学稳定性好、耐水性强、紫外辐照性稳定、余辉亮度高、余辉时间长、应用特性优异等特点,弥补了铝酸盐体系的不足,将长余辉材料的研究推向了一个新的时代。 目前,获得实际应用的长余辉发光材料主要是传统的硫化物体系长余辉材料和掺有稀土元素的长余辉发光材料。本文主要综述了稀土掺杂Eu2+,Dy3+的铝酸盐体系长余辉发光材料的制备及发展。 二、稀土长余辉发光材料制备工艺 1．高温固相反应法[3-6] 高温固相法是合成发光材料中应用最早和最多的一种方法。固相反应通常取决于材料的晶体结构和缺陷结构，而不仅仅是成分的固有反应性能，固相反应的充要条件是反应物必须相互接触，即反应是通过颗粒间界面进行的。反应物颗粒越细，其比表面积也就越大，有利于固相反应的进行。因此，将反应物充分混合和研磨均匀，可增加反应物之间的接触面积，
白光LED发白光原理
白光LED发白光原理 目前市场上白光LED生产技术主要分为两大主流： 第一为利用荧光粉将蓝光LED或紫外UV-LED所产生的蓝光或紫外光分别转换为双波长(Dichromatic) 或三波长(Trichromatic)白光，此项元件技术称之为荧光粉转换白光LED(Phosphor Converted-LED); 第二类则为多芯片型白光LED，经由组合两种(或以上)不同色光的LED组合以形成白光，目前市场上白光LED商品以蓝光LED芯片搭配黄光荧光粉最为普遍，主要应用于汽车照明与手机面板等领域，以目前白光LED产品市场分析，荧光粉转换白光LED可谓主流。 (红色和绿色荧光粉多为硫化物体系，这类荧光粉发光稳定性差、光衰较大。) 下图简要归纳并比较多种白光LED构装原理和优劣点，其中(a)型构装方式、演色性最佳，但成本最高，尚未能普及;构装方式(b)则具有技术最成熟且成本低廉之优势，但色偏、演色性不佳，须以适当红、黄光荧光粉加以改善，此外，最严重者为日亚化学专利限制难以规避;而构装方式(c)与(d)两者所制作的白光LED演色性俱佳、色偏小、成本低且专利局限较不严重，因此未来深具发展潜力。 利用发光二极管产生白光的原理与优劣点 荧光粉如何涂在LED灯上? M.R.Kramas等人发现，如果将荧光粉随意放在LED芯片上，如下图(a)所示发光均匀性不佳，所以改变方式如图(b)所示，将荧光粉均匀地涂在LED表面上，图(c)则比较两者的CCT及Ra值，发现用图(b)方法者其CCT值变动甚少。
什么是CCT? CCT是correlated colour temperature的缩写，意思是相关色温。色温是指当一标准黑体被加热时，随着温度的升高，其颜色由深红至浅红至橙黄至白至蓝白至蓝色的变化，利用黑体的这一特征，当待测光源与黑体在某一温度下的光色相同时，该黑体的温度即为待测光源的色温。色温高光色偏冷，色温低光色偏暖。 色温色相 低于3300 K暖白色 (淡黄白色) 3300 - 5000 K中间白色 超过5000 K冷白色 (淡蓝白色) 白光LED光谱对人眼的影响 人眼最不能接受的是蓝光和UV光，蓝光杀伤人眼活性细胞的能力是绿光的10倍，而UV光杀伤人眼活性细胞的能力又是蓝光的10倍，长期接触大量低波长的蓝光能大量杀伤人眼活性细胞。即使到时多吃有利眼睛的食品也会无作用。
长余辉材料的种类,性质和应用汇总
长余辉材料的种类，性质和应用 摘要：长余辉发光材料又称蓄光型发光材料，是一种重要的发光材料，在陶瓷、消防、传感、涂料、纺织、高分子中都发挥着重要的作用。本文简述长余辉发光材料的种类、性质，介绍长余辉发光材料的研究进展和最新研究成果，剖析长余辉发光材料发光机理，对长余辉发光材料的应用有着积极的研究参考作用。 关键词：长余辉发光材料；发光机理；基本规律 长余辉发光材料简称长余辉材料，又被称为蓄光型发光材料、夜光材料，其本质上是一种光致发光材料。发光是物质将某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程。发光材料是在各种形式能量激发下能发光的固体物质。长余辉发光材料是指在光源激发停止后发出被人眼察觉的光的时间在20min 以上的发光材料。[1] 长余辉发光材料是常见的发光材料，应用非常广泛，如环卫工人的工作服，发光涂料、发光塑料、发光玻璃和发光陶瓷等夜光产品，背光显示、甚至应用于生物医学检测探针，对我们日常生活也发挥着非常重要的作用。 余辉其实就是在撤去光源后发出的光，这种现象在我们古代的时候就有发现，比如说夜光杯或是夜明珠在夜间发出的夜光，但那时候人们并没有对这种现象进行深入的研究。直到20 世纪初，第二次世界大战军事和防空的需要，进一步促进了这种功能材料的研究和应用。
在1866 年，法国化学家Theodore Sidot 初次成功制备了ZnS:Cu，该晶体经过激发光源后，能发出较长的余辉。这种晶体的成功制备是长余辉发光材料的一个里程碑，大大地激发着科研人员进一步研究长余辉发光材料，也就是从20 世纪初，长余辉得到了迅猛的发展。[2] 1.长余辉材料的种类 1.1硫化物长余辉发光材料 长余辉材料的第一代是硫化物,如碱土硫化物、硫化锌等。最具代表性的是发光颜色为黄绿色的ZnS:Cu系列、发光颜色为蓝色的CaS:Bi系列和发光颜色为红色的CaS:Eu系列。硫化物长余辉发光材料的突出优点是体色鲜艳、发光颜色多样、弱光下吸光速度快;但是硫化物长余辉材料存在着明显的缺点,如余辉亮度低、余辉时间短、化学稳定性差、易潮解,不能用于室外：而且生产过程对环境污染大。其最大缺点是不耐紫外线,在紫外线照射下会逐渐发黑，极大地限制了其使用范围。经逐步完善，在加入Co、Er等激活剂后，该材料的余辉时间由原来的200min延长至约500min，但放射性元素的加入对人身健康和环境都造成危害因此材料的使用受到极大的限制。[1] 1.2铝酸盐长余辉发光材料 自从1993年Matsuzawa等合成了共掺Dy的SrAl2O4:Eu研究发现其余辉衰减时间长达2000min。随后，人们有相继开发了一系列稀土激活的铝酸盐长余辉材料，如蓝色CaAl2O4:Eu，Nd和蓝绿色Sr4Al14O25:Eu，Dy。铝酸盐的长余辉材料，其激活剂主要是Eu，余
简述LED发光原理
简述LED发光原理 LED发光原理： 发光二极体是一种将电流顺向通到半导体p-n结处而发光的器件，通常采用双异质结和量子阱结构。1962年GE（General Electric）公司用GaAsP首次将红色LED商品化。最初的红色LED的光通量为0.1lm/W，约是普通灯光的1/150，其发光效率大约每10年提高一个数量级。最近，蓝色、绿色LED已实用化，其发光强度超过AlGaAs类红色LED。 这种LED采用氮化物半导体（InGaN混晶）作活性（发光）层的量子阱结构，其发光强度超过10cd，量子效率超过20%。此外，还开发了外部量子效率超过50%的AIInGaP红色LED（630nm）和琥珀--LED（595nm）。InGaN绿色、蓝色LED的量子效率也接近上述值。 坎德拉（cd）是发光强度的单位，用以表示可见光LED发光强度的指标。发光强度I可用光通量Φ和立体角Ω表示。I=dΦ/dΩ[cd]Φ=Km∫V（λ）Pλdλ[lm]其中，Km为在波长555nm 范围内的最大可见度（683nm），绿色对人眼是最亮的。V（λ）是在波长为λ时的相对可见度[V(555nm)=1],Pλ为光谱辐射通量。 白光LED发光原理： 是一种由InGaN蓝色LED和萤光体组成的新型LED。在蓝色LED芯片上涂敷萤光体，最后用环氧树脂将芯片周围密封。两种方式（单芯片型和多芯片型）可得到色调效果好（Ra 85）的白光。一是同时点亮红色、绿色、蓝色（R.G.B）或蓝绿色和黄橙色2、3种LED；二是用辐射蓝色或紫外LED作激励光源激励萤光体的方式。第一种方式不仅在LED的驱动电压或发光输出上有缺陷，而且在温度特徴或器件寿命上也存在问题，因此距实用化还有一段距离。第二种方式则用一个器件即可，驱动电路，易于设计。 白光LED有三种激励方式： 1.用蓝色LED激励发黄光的萤光体。这种白光构就是将蓝光LED与YAG萤光物质放在一起，用蓝光激发萤光物质，这样它发出的光谱就是白光。在这方面日亚化学公司拥有世界性的专利。 2.用紫外LED激励R.G.B萤光体。激励萤光体的白色LED照明光源因萤光体组拿来不同可发射白光以外的各种顏色的光，因而可广泛应用于照明。用R.G.B三基色LED开发了白色LED，现实验室水准的发光效率已超过50lm/W，近几年内可望超过100lm/W，而红光部份最佳的发光效率已超过100 lm/W。 3.利用红、绿、蓝3种发光二极体调整其个别亮度来达到白光，一般来说，红、绿、蓝的亮度比应为3：6 ：1 ，或者只用红、绿或蓝、黄两颗LED调整其个别亮度来发出白光，这样的白光结构最大的缺点就是造价较高，不利于商品化发展。
稀土硅酸盐长余辉发光材料的合成与性质(精)
稀土硅酸盐长余辉发光材料的合成与性质 20世纪90年代制备出的铝酸盐体系长余辉发光材料因其优良的发光性能而倍受关注。然而,该体系耐水性差,限制了其应用。为此,近年来又开发出化学性质更稳定的硅酸盐体系长余辉发光材料,但其发光性能有待进一步提高,仍有许多理论问题亟待解决。目前,长余辉发光材料多用高温固相法制备,该法具有反应不完全,灼烧温度高,反应时间长,产物晶粒大,硬度高,粉碎后发光强度明显降低等诸多缺点,限制了其应用。因而,开发新的合成方法受到越来越多人的关注。本论文以稀土焦硅酸盐长余辉材料为研究对象,探索出合成该类材料的一种新方法一凝胶燃烧法。与高温固相法相比,该法具有离子分散均匀,合成温度低,操作简单,晶粒度小等优点。借助KRD, SEM,荧光光谱等现代测试手段,对合成产物进行了分析和表征,得出以下成果和结论：(1)研究发现溶液的pH值,水浴温度,起火温度,H3B03用量,尿素用量等对材料的物相结构、形貌粒度、发光性能等有着显著的影响,通过一系列实验确定了最佳工艺条件。(2)在最佳工艺条件下,对Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+)进行了系列稀土离子Ln3+的共掺杂。研究发现：Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Ln~(3+)(Ln=La,Ce,Nd,Sm,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm)的晶体结构均为四方晶系结构；其激发、发射光谱的峰形、峰位基本无变化,主激发峰位于402nm,次激发峰位于415nm,与高温固相法和溶胶-凝胶法制得的 Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)的激发峰相比,出现了明显的红移现象；发射光谱也为一宽带,最大发射峰位于468nm附近,是典型的Eu~(2+)的4f5d-4f跃迁导致的。共掺杂稀土离子Ln~(3+)的种类对材料发光强度、余辉性能有着明显的影响,其中Dy~(3+)是最理想的共掺杂离 子,Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)的发光亮度最高、余辉时间最长,可达5h 以上；而Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Sm~(3+)的发光亮度最低、余辉时间最短,不到1 min。(3)在Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)基质中,掺入不同量的 Ca~(2+),制得Sr_(2-x)Ca_xMgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)(x=0,0.5,1,1.5,2)系列样品。研究发现：此系列样品的晶体结构均属四方晶系,但晶胞参数随 Ca~(2+)的增加而减小。激发和发射光谱均为宽带连续谱,最大激发峰位于 400nm左右,随着Ca~(2+)含量的增加,Sr_(2- x)Ca_xMgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)(x=0,0.5,1,1.5,2)的发射峰位依次为 468nm,483nm,500nm,512nm,520nm,发光颜色依次呈现蓝,蓝绿,绿,黄绿,黄色；初始亮度逐渐降低,余辉时间逐渐缩短。(4)用“位型坐标”模型合理解释了 M_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Ln~(3+)(M=Sr, Ca)长余辉发光行为。 同主题文章 [1]. 周传仓,卢忠远,戴亚堂,王兵. 共沉淀法制备超细长余辉发光材料铝酸锶铕镝的研究' [J]. 稀有金属. 2005.(01) [2]. 崔景强,陈永杰,杨英,耿秀娟,石爽. 掺杂B对长余辉发光材料 SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)发光性能的影响' [J]. 沈阳化工学院学报. 2006.(02) [3].
led灯的结构及发光原理(精)
led灯的结构及发光原理 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。 led灯结构图如下图所示 发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。 二、什么是led光源,led光源的特点 1. 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 3. 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 4. 稳定性：10万小时，光衰为初始的50%
5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级 6. 对环境污染：无有害金属汞 7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色 8. 价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。 三、单色光led灯的种类及其发展历史 最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP，发红光（λp=650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0.1流明/瓦。 70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。 到了80年代初，出现了GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。 90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙区（λp=615nm）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（λp=530nm）的光效可以达到50流明/瓦。 四、单色光LED的应用 最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12 英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。 汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于LED响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。 另外，LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。 五、白光led灯的开发 对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的led灯开发成功。这种led灯是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含
长余辉材料
长余辉材料 长余辉发光材料简称长余辉材料，又称夜光材料。它是一类吸收太阳或人工光源所产生的光发出可见光，而且在激发停止后仍可继续发光的物质。具有利用阳光或灯光储光，夜晚或在黑暗处发光的特点，是一种储能、节能的发光材料。长余辉材料不消耗电能，但能把吸收的自然光储存起来，在较暗的环境中呈现出明亮可辨的可见光，具有照明功能，可以起到指示照明的作用，是一种“绿色”光源材料。尤其是稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料的余辉时间可达12h以上，具有白昼蓄光、夜间发射的长期循环蓄光、发光的特点，有着广泛的应用前景。 1、发光机理 （1）空穴传输模型 对于这类材料，最早的模型是由Matsuzawa等在SrAl2O4:Eu,Dy体系中提出的空穴传输模型。基于这个模型，Matsuzawa认为，在长余辉材料SrAl2O4:Eu,Dy中，Eu为电子俘获中心，Dy是空穴俘获中心。当材料受UV激发时，Eu可俘获电子变为Eu，由此产生的空穴经价带被Dy俘获生成Dy，停止激发后，由于热运动的关系，空穴发生逃逸，经过与上述过程相反的过程与导致Eu的特征发光，示意图如图1所示。该模型在各种Eu和Dy共掺的长余辉材料机理解释中被广泛为引用，成为Eu和Dy共掺的长余辉材料机理的通用 （2）位移坐标模型 位移坐标模型最早是邱建荣和苏锵等人提出。图2是位移坐标模型示意图。A为Eu2+的基态能级，B为其激发态能级，C能级为缺陷能级。C可以是掺入的杂质离子，也可以是由基质中的某些缺陷产生的缺陷能级。苏锵等人认为C可以起到捕获电子的作用。在外部光源的作用下，电子受激发从基态跃迁到激发态（1），一部分电子跃迁回到低能态发光（2）。另一部分电子通过弛豫过程储存在缺陷能及C中（3）。当缺陷能级电子吸收能量时，重新受到激发回到激发态能级，跃迁回基态而发光。余晖的时间长短与储存在缺陷能级中的电子数量，及吸收的能量（热量）有关，缺陷能级中的电子数量越多，余晖时间越长，吸收的能量多，从而产生持续的发光。
各类灯的发光原理
高压钠灯 高压钠灯使用时发出金白色光，它具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。 工作原理 当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电在向阳极运动过程中，撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。 高压钠灯是一种高强度气体放电灯泡。由于气体放电灯泡的负阻特性，如果把灯泡单独接到电网中去，其工作状态是不稳定的，随着放电过程继续，它必将导致电路中电流无限上升，最后直至灯光或电路中的零、部件被过流烧毁。 伏—安特性 高压钠灯同其他气体放电灯泡一样，工作是弧光放电状态，伏—安特性曲线为负斜率，即灯泡电流上升，而灯泡电压却下降。在恒定电源条件下，为了保证灯泡稳定地工作，电路中必须串联一具有正阻特性的电路无件来平衡这种负阻特性，稳定工作电流，该元件称为镇流器或限流器。电阻器、电容器、电感受器等均肯有限流作用。 电阻性镇流器体积小，价格便宜，与高压钠灯配套使用会发生启动困难，工作时电阻产生很高的热量，需有较大的散热空间、消耗功率很大，将会使电路总照明效率下降。它一般在直流电路中使用，百交流电路中使用灯光有明显所闪烁现象。 电容性镇流器虽然不象电阻性镇流器自身消耗功率很大，温升低，在电源频率较低时，电容器充电时，会产生脉冲峰值电流，对电极造成极大损害，灯光闪烁，影响灯泡使用寿命；在高频电路中工作，电压波动能达到理想状态，成为理想的镇流器。 电感性镇流器损耗小，阻抗稳定，阻抗菌素性偏差小，使用寿命长，灯泡的稳定度比电阻性镇流器好，目前与高压钠灯配套使用的镇流器均为电感性镇流器。其缺点较苯重及价格偏高。另外，电子镇流器已经开始出现，目前其价格昂贵，可靠性还不能与高压钠灯相匹配，除特殊场合使用外，一般情况下很少被采用。所以，高压钠灯必须串联与灯泡规格相应的镇流器后方可使用。高压钠灯的点灯电路是一个非线性电路，功率因数较低，因此在网路上考虑接补偿电容，以提高网路的功率因数。结构和材料电弧管电弧管是高压钠灯的关键部件。电弧管工作时，高温高压的钠蒸气腐蚀性极强，一般的抗钠玻璃和石英玻璃均不能胜任；而采用半透明多晶氧化铝和陶瓷管做电弧管管体较为理想。它不仅具有良好的耐高温和抗菌素钠蒸气腐蚀性能，还有良好的可见光穿越能力。另外，单晶氧化铝陶瓷管在耐高温、抗菌素钠蒸气腐蚀和透光率等性能均优于多晶扪化铝陶瓷管；因其价格昂贵，所以目前很少被采用。电弧管是把电极、多晶扪化铝陶瓷这、帽、焊料环装配在一起，加入钠汞齐进入封接炉封接；同时充入少量氙气，以改善灯泡的启动特性。电极是用高纯钨丝绕成螺旋状，在螺旋孔中插入芯杆，浸渍电子粉，然后将电极芯杆一端和铌管封闭端焊接成一体。多晶氧化铝陶瓷管（帽）是选用多晶氧化铝陶瓷粉经混粉、喷泉雾干燥、等静压成形、素烧、高温烧结和切割等工序制成。高压钠灯的光、电参数与电弧管的内径和弧长（两电极之间距离）有着密切联系。 灯芯
燃烧法制备SrAl2O4-Eu,Dy超长余辉发光材料实验报告
中南民族大学 实验报告 实验课名称：化学综合实验指导老师：唐万军 学生姓名：专业：班级：学号： 实验名称：燃烧法制备SrAl2O4:Eu,Dy超长余辉发光材料 实验日期：组别：实验成绩： 一、目的要求 1、了解稀土掺杂铝酸盐长余辉材料的合成方法与应用领域。 2、设计实验方案，采用燃烧法合成SrAl2O4:Eu2+，Dy3+，测试其发光特性。 3、学会使用LS-55光度计和屏幕亮度计，根据X射线粉末衍射谱图，分析鉴定多晶样品的物相。 二、基本原理 长余辉发光材料也被称作蓄光材料，或者夜光材料，指的是在自然光或其它人造光源照射下能够存储外界光辐照的能量，然后在某一温度下（指室温），缓慢地以可见光的形式释放这些存储能量的光致发光材料。 20 世纪90 年代以来，开发的以碱土铝酸盐为基质的稀土长余辉发光材料, 以其优异的长余辉发光性能，引起了人们对长余辉发光材料的广泛关注。目前稀土离子掺杂的碱土铝(硅)酸盐长余辉材料已进入实用阶段。国内较大的生产厂家有大连路明、济南伦博、重庆上游等。市场上可见的产品除了初级的荧光粉外，主要有夜光标牌、夜光油漆、夜光塑料、夜光胶带、夜光陶瓷、夜光纤维等, 主要用于暗环境下的弱光指示照明和工艺美术品等。随着长余辉材料的形态从粉末扩展至玻璃、单晶、薄膜和玻璃陶瓷，对长余辉材料应用的探讨也从弱光照明、指示等扩展到信息存储、高能射线探测等领域。长余辉材料受到人们越来越多的重视。 从基质成分的角度划分，目前长余辉发光材料主要包括硫化物型、碱土铝酸盐型、硅酸盐型及其它基质型长余辉发光材料。不同长余辉发光材料的发光性能见表1。 表1 不同长余辉发光材料的发光性能 发光材料发光颜色发光谱峰波长/nm 余辉时间/min BaAl2O4:Eu,Dy 蓝绿色496 120 CaAl2O4:Eu,Nd 蓝紫色446 1000 Sr4Al14O25:Eu,Dy 蓝绿色490 2000 SrAl2O4:Eu,Dy 黄绿色520 4000 Sr2MgSi2O7:Eu,Dy 蓝色469 2000
LED背光的结构及发光原理
赛 维公司培训资 料（保密）LED 背光的结构及发光原理 ?所谓LED 电视，就是使用LED 作为背光源的液晶电视，和传统液晶电视在技术原理上差别不大，只是采用的背光不同，传统液晶电视是CCFL 光源，LED 电视则采用LED 光源。 ? 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED 是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED 的抗震性能好。? 发光二极管的核心部分是由p 型半导体和n 型半导体组成的晶片，在p 型半导体和n 型半导体之间有一个过渡层，称为p-n 结。在某些半导体材料的PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED 。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
赛 维公司培训资料（保密）LED 光源的特点 ?LED 是点光源,CCFL 是线光源. ?电压：LED 使用低压电源，供电电压在6-50V 之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。?效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% ,与CCFL 相当．?适用性：体积很小，每个单元LED 小片是3-5mm 的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。?寿命：10万小时，光衰为初始的50%。?响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED 灯的响应时间为纳秒级。?对环境无污染：无有害金属汞。 ? 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿蓝橙多色发光。如小电流时为红色的LED ，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色。 ? 价格：LED 的价格比较昂贵
固体发光讲义 - 第一章 发光概论
第一章 概论 1-1 发光现象 “发光”即Luminescence 一词作为一个技术名词，是专指一种特殊的光发射现象，它与热辐射有根本的区别。温度在绝对零度以上的任何物体都有热辐射。不过温度不够高时辐射的波长大多在红外区，人眼看不见。物体的温度达到5000C 以上时，辐射的可见部分就够强了，例如烧红了的铁，电灯泡中的灯丝等等。发光则是叠加在热辐射之上的一种光发射。发光材料能够发出明亮的光，（例如日光灯内荧光粉的发光），而它的温度却比室温高不了多少。因此发光有时也被称为“冷光”．热辐射是一种平衡辐射。它基本上只与温度有关而与物质的种类无关。发光则是一种非平衡辐射，反映着发光物质的特徵。 但是发光又有别于其它的非平衡辐射如反射，散射等。根据俄罗斯学派的意见，发光有一个比较长的延续时间(Duration)，这就是在激发（Excitation ）即外界作用停止后发光不是马上消失而是逐渐变弱，这个过程也称为余辉（afterglow ）。这个延续时间长的可达几十小时，短的也有10?sec 左右，总之都比反射、散射的持续时间长很多。一般认为，反射和散射的持 续时间和光的振动周期差不多，约为10 10?14sec.。不过，10?10sec 这个数量的确定在当时可以说是有点任意性，是根据当时技术测量上的极限。随着技术的发展，现在能够测量的时间，已经突破一个飞秒（fs ＝10 －15秒）。而测到的发光弛豫时间短到皮秒（ps =10-12秒）的例子已不在 少数。 过去，常把在激发时的发光叫做荧光(Fluorescence)，而把激发停止后的发光叫做磷光(Phosphorescence)。现在在无机物发光的领域对这两个词仍没有严格的区分，甚至还有些混淆，例如将发光粉叫做荧光粉。但在有机物的发光中，分子从单态（singlet ）跃迁到基态（也是单态）的发光叫荧光，从三重态（triplet state ）跃迁到基态的发光叫磷光，这是不容混淆的。 1-2 激发方式 光致发光(Photoluminescence)，简写为 PL 。这是用光激发产生的发光。它的最广泛而又重要的两种应用是固体激光器和日光灯，也就是作为光源。九十年代初，日本和我国分别独立研制成一种新的长余辉发光材料，SrAl O Eu Dy 24:,（后面的符号代表掺杂的元素）余辉可以长达几十小时。在白昼光的作用下，整夜都能很容易地看得见。而过去几十年，普遍使用的长余辉材料则都是ZnS:Cu 型或碱土金属硫化物之类的物质。因此上述铝酸盐的长余辉发光材料的研制成功可以说是重大的突破。 在物理上，使用紫外直至红外这一宽广光频范围内的各种波长来激发，可以研究物质的结构和它接受光能量后内部发生的各种变化过程，包括固体中的杂质和缺陷以及它们的结构、能量状态的变化，激发能量的转移和传递，以至化学反应中的激发态过程，光生物过程，等等。如果激发光是相干的，即激光，则还能够研究物质的微区中有关基元受激发后的相位变化等。总之，发光的应用是极其广泛的，并且在不断地发展。 阴极射线发光(Cathodoluminescence)，简写为CL 。这是电子束激发的发光。最常见的应
图解白光LED发光原理
图解白光LED发光原理 ?导读: 本文主要介绍目前市场上白光LED生产技术主要分为两大主流。同时通过原理分析白光LED的发光原理，以及利用发光二极管产生白光的原理与优劣点。 o关键字 o白光LED发光原理LED芯片 ?目前市场上白光LED生产技术主要分为两大主流： 第一为利用荧光粉将蓝光LED或紫外UV-LED所产生的蓝光或紫外光分别转换为双波长(D ic hromatic) 或三波长(Trichromatic)白光，此项元件技术称之为荧光粉转换白光 LED(Phosphor Converted-LED)； 第二类则为多芯片型白光LED，经由组合两种(或以上)不同色光的LED组合以形成白光，目前市场上白光LED商品以蓝光LED芯片搭配黄光荧光粉最为普遍，主要应用于汽车照明与手机面板等领域，以目前白光LED产品市场分析，荧光粉转换白光LED可谓主流。 （红色和绿色荧光粉多为硫化物体系，这类荧光粉发光稳定性差、光衰较大。） 下图简要归纳并比较多种白光LED构装原理和优劣点，其中(a)型构装方式、演色性最佳，但成本最高，尚未能普及；构装方式(b)则具有技术最成熟且成本低廉之优势，但色偏、演色性不佳，须以适当红、黄光荧光粉加以改善，此外，最严重者为日亚化学专利限制难以规避；而构装方式(c)与(d)两者所制作的白光LED演色性俱佳、色偏小、成本低且专利局限较不严重，因此未来深具发展潜力。 利用发光二极管产生白光的原理与优劣点
荧光粉如何涂在LED灯上？ M.R.Kramas等人发现，如果将荧光粉随意放在LED芯片上，如下图(a)所示发光均匀性不佳，所以改变方式如图(b)所示，将荧光粉均匀地涂在LED表面上，图(c)则比较两者的CCT及Ra值，发现用图(b)方法者其CCT值变动甚少。 12 ?什么是CCT？ CCT是correlated colour temperature的缩写，意思是相关色温。色温是指当一标准黑体被加热时，随着温度的升高，其颜色由深红至浅红至橙黄至白至蓝白至蓝色的变化，利用黑体的这一特征，当待测光源与黑体在某一温度下的光色相同时，该黑体的温度即为待测光源的色温。色温高光色偏冷，色温低光色偏暖。 白光LED光谱对人眼的影响
稀土长余辉发光玻璃研究进展汇总
长余辉发光材料 摘要：玻璃是一种均匀透明的介质，易于制成各种形状的制品，如大尺寸平板和纤维等。长余辉发光玻璃以其独特的透明性，不仅可用于多晶粉体所应用的各个领域，在激光、光学放大器、光通讯、储能和显示等光电子高技术领域有潜在的应用价值。由于玻璃的网络结构是近程有序而长程无序，稀土离子在玻璃中的掺杂量可相对较高，因此，玻璃成为一种良好的长余辉发光材料。本文从发展进程、制备方法、发光机理等方面综述了稀土长余辉发光玻璃在国内的研究现状，并对稀土长余辉发光玻璃存在的问题和发展方向进行了探讨。 关键字：稀土发光玻璃；长余辉；制备方法；发光机理 引言 长余辉现象俗称夜光现象，在古代就已被人们发现，如夜明珠、夜光璧．发光物质在激发停止后发射的光称为余辉．一般将余辉短的发光材料称为荧光材料，而把余辉长的称为磷光材料．从发光过程讲，激发能直接(或经过能量传递)转化成发射光的称为荧光，而激发能经过储存然后转化成发射光的称为磷光．长余辉磷光材料通常也称为长余辉发光材料，是指在光源激发停止后发出被人眼察觉的光时间在20min以上的材料．近几年来，长余辉材料的形态已经从多晶粉末扩张到单晶、薄膜、陶瓷、玻璃等等．晶体材料很难以单晶形式制成足够大的平板，其应用领域也就受到了一定的限制．由于均匀、透明、易于加工成各种形状，而且可以进行较高浓度的掺杂，因此玻璃成为长余辉发光材料的良好基质材料，玻璃态的长余辉发光材料可以开拓更加广阔的新的应用领域，如可以应用于激光、光学放大器、光通讯、储能和显示等诸多领域[1]．本文从发展进程和我国研究现状、制备方法、发光机理等方面对稀土长余辉发光玻璃进行了详细介绍，并对目前存在的问题和发展前景进行了展望。 1.研究背景 长余辉发光材料是一种光致发光材料，是研巧和应用最早的发光材料之一。许多身具有长余辉发光特性的天然矿石可被用于制作＂夜光杯＂和＂夜光珠＂等物品。我国盛唐时期的诗人王翰曾在《琼州词》中写过诗句＂葡萄美酒夜光杯＂。北宋的文董也用文字记载了用牡厮制成的＂长余精颜料＂绘制的＂牛＂画，画中的牛夜晚还能看到[2]。这些是记载中古代关于长余辉材料的用途。 1.1长余辉发光材料的简介 长余辉发光材料在光源的照射下能够发出可见光，并将吸收的部分能量存储起来，当停
白光LED基础知识
白光LED基础知识 1.LED发光原理 1.1用蓝色LED激励黄色荧光粉。即将黄色荧光粉敷涂在蓝色LED表面，蓝色LED本身光通量并不高，但在激励黄色荧光粉后产生的白光光通量是原蓝光光通量的8倍。这种工艺是目前制造白光LED的主要方法。 1.2将红、绿、蓝三种LED集成在一起，通过调整其发光比例产生白光（即三基色远离），一般比例为红：绿：蓝=3：6：1。这种方式造价高，不适合于商品化发展。 2.LED分类 2.1LED按照功率区分，可以分为大功率和小功率。0.5W以下一般称为小功率，0.5W以上称为大功率。 3.LED内部结构 3.1大功率LED除两个电极外，都还自带有专门的散热结构和外部连接，用于提高散热效果。而小功率LED由于体积及成本原因，几乎都没有专门的散热结构，仅靠两个电极和外部连接，散热能力差。因此大功率灯具都应选择大功率LED，而小功率灯具（如LED灯泡、LED灯管）在对灯具散热进行优化设计后，可以采用小功率LED。 以下为最普通的一种大功率LED结构图。 a)大功率LED的一种结构
c)内部结构说明 以下为philips lumileds公司Rebel型大功率LED结构图 4.白光LED基本技术指标 4.1 光通量 光通量是指单位时间内光源发出的光能总和。光通量的单位为“流明”，符号为lm，光通量通常用Φ来表示。光通量越大，说明光源发出的光越多，按照通俗的理解，可以认为该光源亮度越高。光源的光通量可以通过积分球和光度计测量。
色温是表示光源光色的尺度，单位为K。当某一光源所发出的光的光谱分布与不反光、不透光完全吸收光的黑体在某一温度时辐射出的光谱分布相同时，我们就把绝对黑体的温度称之为这一光源的色温。 一些常用光源的色温为：钨丝灯为2760-2900K；荧光灯为3000K；中午阳光为5400K；蓝天为12000-18000K；高压钠灯为2000-2500K。 LED光源可以通过改变荧光粉的配比来控制色温输出，一般范围为2000K-10000K。 人对不同色温的光源感官反应也不同，一般按色温可将光源分为三种： 比如，家庭多使用暖白光，而办公环境多使用正白光或冷白光。色温可以通过光谱分析仪测量。 4.3 显色指数和显色性 光源照射到物体后反应物体本身颜色的能力称为显色性，显色性高低用显色指数来表示。显色指数的符号为Ra，最大为100（自然光），显色指数越高，说明光源的显色性越好。常见光源的显色指数如下： 白炽灯97 日光色荧光灯80-94 白色荧光灯75-85 暖白色荧光灯80-90 卤钨灯95-99 高压汞灯22-51 高压钠灯20-30 金属卤化物灯60-65 LED灯65-90 显色指数可以通过光谱分析仪测量。 4.4 正向电压 LED的本质就是二极管，它的电压即指二极管的管压降，用Vf表示，单位为V。为了得到更高的光效，在同样光通量（亮度）前提下，LED的电压越低越好。一般白色、纯绿色、蓝色LED的电压为3V左右，红色、黄色LED的电压为2V左右。